Die Niedertemperaturfällung der Lithiumionenbatterie wurde analysiert

Die Leistung von lithium-ionen-batterien wird stark von den kinetischen Eigenschaften beeinflusst. Da Li + beim Einbetten in Graphitmaterial zuerst aufgelöst werden muss, muss es bestimmte Energie verbrauchen, wodurch verhindert wird, dass Li + in Graphit diffundiert. Im Gegenteil, wenn Li + Graphit entlädt und in die Lösung eintritt, wird es zuerst einem Solvatisierungsprozess unterzogen, der keinen Energieverbrauch erfordert. Li + kann Graphit schnell dissoziieren, was dazu führt, dass die Ladungsakzeptanz von Graphit signifikant schlechter ist als die der Entladung [1].

Bei niedriger Temperatur werden die kinetischen Eigenschaften der Graphitanode immer schlechter, so dass die elektrochemische Polarisation der Anode beim Aufladen offensichtlich verstärkt wird, was leicht zur Ausfällung von Lithiummetall auf der Oberfläche der Anode führt. Christiane vonlu von der Technischen Universität München in Deutschland. Ders, Studien haben gezeigt, dass unter - 2 ℃ das Ladeverhältnis von mehr als 2 C / zurückkehrte, um die Ausfällungsmenge von Lithiummetall signifikant zu erhöhen, wie z. B. das C / 2-Verhältnis, die Anzahl der Kathodenoberflächenbeschichtung Lithium um etwa 5,5% Die gesamte Ladekapazität, jedoch unter der 1 C-Rate, wird 9% erreichen [2]. Das ausgefällte Lithiummetall kann sich weiter entwickeln und schließlich zu Lithiumdendriten werden, die die Membran durchdringen und einen Kurzschluss zwischen der positiven und der negativen Elektrode verursachen. Daher müssen wir versuchen, das Laden von Lithium-Ionen-Akkus bei niedriger Temperatur zu vermeiden, wenn der Akku unter Niedrigtemperatur geladen werden muss, so weit wie möglich einen Niedrigstrom-Lithium-Ionen-Akku zum Laden wählen muss und der Lithium-Ionen-Akku vollständig aufgehängt ist Dadurch wird sichergestellt, dass die Kathodenausfällung von Metalllithium mit Graphit reagieren kann, um die Graphitanode in das Innere einzubetten.

Die Technische Universität München VeronikaZinth und andere untersuchten mithilfe der Neutronenbeugung die Lithium-Ionen-Batterie bei der Analyse des Lithium-20-Niedertemperaturverhaltens. Die Neutronenbeugungsmethode ist in den letzten Jahren eine neue Nachweismethode. Im Vergleich zu XRD ist die Neutronenbeugung empfindlicher gegenüber leichten Elementen (Li, O, N usw.) und eignet sich daher sehr gut für die zerstörungsfreie Prüfung von Lithiumionenbatterien.

In dem Experiment verwendete VeronikaZinth eine NMC111 / Graphit 18650-Batterie, um das Lithiumentwicklungsverhalten einer Lithiumionenbatterie bei niedriger Temperatur zu untersuchen. Während des Tests wurde der Akku gemäß dem unten gezeigten Verfahren geladen und entladen.

Die folgende Abbildung zeigt die Phasenänderung der negativen Elektrode unter verschiedenen SoC während des zweiten Ladezyklus bei C / 30-mal. Es ist ersichtlich, dass die Phase der negativen Elektrode hauptsächlich aus LiC12, li1-xc18 und einer kleinen Menge LiC6 bestand, wenn der SoC 30,9% SoC betrug. Nachdem SoC 46% überschritten hatte, nahm die Beugungsstärke von LiC12 weiter ab, während die LiC6-Festigkeit weiter zunahm. Selbst als der Ladevorgang endgültig abgeschlossen war, wurden nur 1503 mAh (Raumtemperaturkapazität 1950 mAh) bei niedriger Temperatur geladen, so dass LiC12 weiterhin in der negativen Elektrode vorhanden war. Wenn der Ladestrom auf C / 100 reduziert wird, kann der Akku bei niedriger Temperatur immer noch eine Kapazität von 1950 mAh erreichen, was darauf hinweist, dass die Kapazitätsreduzierung des lithium-ionen-akkus bei niedriger Temperatur hauptsächlich durch schlechte dynamische Bedingungen verursacht wird.

Unten für unter - 20 ° C niedrige Temperatur, entsprechend dem C / 5-Verhältnis während des Ladevorgangs, die Kathodengraphit-Phasenänderung, können Sie sehen, verglichen mit 30 Laderate, C / Graphit-Phasenänderung hat offensichtlich einen Unterschied, kann von sehen Die Grafik zeigt im SoC> 40%, dass das C / 5-Batterieladeverhältnis in der LiC12-Phasenintensität signifikant langsamer abnimmt, die LiC6-Phasenintensität signifikant schwächer zunimmt als das C / 30-Ladeverhältnis, was darauf hindeutet, dass unter dem Verhältnis von C / 5 relativ hoch, weniger LiC12 interkaliert-li kontinuierlich, umgewandelt in LiC6.

Die folgende Abbildung zeigt den Vergleich der Phasenänderungen der Graphitanode beim Laden mit C / 30- bzw. C / 5-Vergrößerung. Aus der Figur ist ersichtlich, dass für zwei verschiedene Ladungsvergrößerungen li1-xc18 der mageren Lithiumphase sehr ähnlich ist und sich der Unterschied hauptsächlich in den LiC12- und LiC6-Phasen widerspiegelt. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Phasenänderungstrend der negativen Elektrode im Anfangsstadium des Ladens unter den beiden Ladungsmultiplikatoren relativ nahe ist. Für die LiC12-Phase begann sich der Änderungstrend zu unterscheiden, als die Ladekapazität 950 mAh (49% SoC) erreichte. Als die Ladekapazität 1100 mAh (56,4% SoC) erreichte, trat in der LiC12-Phase unter den beiden Raten ein signifikanter Unterschied auf. Beim Laden mit einer niedrigen Rate von C / 30 hatte die LiC12-Phase eine sehr schnelle Fallgeschwindigkeit, aber die LiC12-Phase hatte eine viel langsamere Fallgeschwindigkeit mit einer C / 5-Rate. Entsprechend stieg die LiC6-Phase bei einem kleinen Verhältnis von C / 30 sehr schnell an, jedoch bei einer viel langsameren Rate von C / 5. Dies legt nahe, dass unter dem C / 5-Verhältnis weniger Li in die Graphitkristallstruktur eingebettet ist, aber es ist interessant, das C / 5-Ladeverhältnis in der Batterieladekapazität (mAh) 1520,5 anstelle des 30-Ladeverhältnisses von C / Kapazität (mAh) zu beachten. 1503,5, aber etwas höher, je mehr nicht in die Graphitanode in Li eingebettet sind, desto wahrscheinlicher ist die Form von metallischem Lithium auf der Graphitoberflächenausfällung. Der Ladestand vom Ende des Prozesses von der Seite verdeutlicht diesen Punkt ebenfalls.

Die folgende Abbildung zeigt das Phasenstrukturdiagramm der Graphitelegativelektrode nach dem Laden und nach 20-stündiger Verwendung. Es ist ersichtlich, dass am Ende des Ladens die Phase der negativen Graphitelektrode unter den beiden Laderaten sehr unterschiedlich ist. Bei einem hohen C / 5-Verhältnis war das Verhältnis von LiC12 und LiC6 in der negativen Graphitelektrode höher, aber der Unterschied zwischen ihnen war nach 20 Stunden sehr gering geworden.

Die folgende Abbildung zeigt die Phasenänderung der negativen Graphitelektrode während des 20-stündigen Regalvorgangs. Wie aus der Figur ersichtlich ist, war die Phasenänderung der negativen Graphitelektrode unter den beiden Laderaten sehr eng geworden, obwohl zu Beginn ein großer Unterschied zwischen den beiden Phasen der negativen Elektrode zu Beginn bestand, mit zunehmender Lagerzeit . Während des Verwendungsprozesses konnte LiC12 auch kontinuierlich in LiC6 umgewandelt werden, was darauf hinweist, dass Li während des Verwendungsprozesses noch in Graphit eingebettet war und dieser Teil von Li wahrscheinlich Lithiummetall war, das bei niedriger Temperatur auf der Oberfläche der Graphitanode ausgefällt wurde. Eine weitere Analyse zeigt, dass am Ende des Ladevorgangs mit dem C / 30-fachen der in die negative Graphitelektrode eingebettete Lithiumgrad 68% beträgt, nach Verwendung des eingebetteten Lithiumgrads jedoch auf 71% ansteigt und um 3% zunimmt. Am Ende des Ladevorgangs mit dem C / 5-fachen betrug der Lithium-eingebettete Grad der Graphitelegativelektrode 58%, stieg jedoch nach 20-stündiger Verwendung auf 70%, was einer vollständigen Zunahme von 12% entspricht.

Beim Laden zeigte die Studie, dass eine geringe Temperaturschwankung aufgrund des dynamischen Zustands nicht nur zu einer Verringerung der Kapazität der Batterie führt, sondern auch dazu, dass die Geschwindigkeit der interkalierten Graphit-Li verringert wird und der Niederschlag im Kathodenoberflächenmetall Lithium Abgesehen von einer gewissen Zeit kann dieser Teil des Metalllithiums auch wieder in den Graphit im Inneren eingebettet werden, aber in der praktischen Anwendung ist die Zeit knapp, kann nicht garantiert werden, dass das gesamte metallische Lithium in das Innere des Graphits eingebettet werden kann Dies kann wiederum dazu führen, dass Metalllithium auf der Kathodenoberfläche verbleibt, nicht nur die Kapazität von Lithiumionenbatterien beeinträchtigt und die Sicherheit von Lithiumionenbatterien, Lithiumdendriten, gefährdet. Vermeiden Sie daher das Laden der Lithiumionenbatterie bei niedriger Temperatur als Nach Möglichkeit ist es erforderlich, beim Laden bei niedriger Temperatur so wenig Strom wie möglich zu verwenden und nach dem Laden eine ausreichende Lagerzeit sicherzustellen, um das Lithiummetall mit Grap zu entfernen weiße negative Elektrode.

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